儿童生长板软骨自身修复能力有限，在损伤后通常会引起不良的骨桥修复，最终会导致儿童肢体生长缺陷。近日，来自南方医科大学附属第三医院儿童骨科主任孙永建教授课题组的研究人员在国际著名杂志Bioactive Materia上发表了题为“Exosome-loaded extracellular matrix-mimichydrogel with anti-inflammatory propertyFacilitates/promotes growth plate injury repair”的研究论文(2021, 16;10:145-1)，提出了一种治疗儿童生长板损伤的新方法。南方医科大学南方医院范磊博士和南方医科大学附属第三医院脊柱外科王其友教授为论文的共同通讯作者，中山大学附属第三医院脊柱外科管鹏飞硕士、浙江大学附属第一医院脊柱外科刘灿博士和南方医科大学附属第三医院谢登辉教授为论文的共同第一作者。
生长板损伤后，细胞外基质 (ECM) 的直接损失，加上炎症对软骨基质蛋白的抑制作用导致细胞外基质的进一步缺失，极大地阻碍了生长板软骨细胞的再生。目前临床治疗生长板损伤的手段主要是手术切除多余的骨桥加自体脂肪填充，但忽视了生长板软骨的再生。因此，补充损伤后软骨细胞所需的ECM，以及减少炎症反应是治疗生长板损伤的关键。甲基丙烯醇明胶 (GM) 水凝胶具有与天然ECM相似的一些特性，并且具有良好的生物学特性和可调节的物理特性，在组织工程如：括骨、软骨和心脏组织工程中有着广泛的应用。硫酸软骨素 (CS) 是一种糖胺聚糖 (GAG)，主要存在于生物组织的细胞外基质中，具有促软骨形成的特性。已有研究表明，以CS为基材的支架不仅具有良好的生物相容性，而且可以通过上调软骨特异性基因SOX-9，显著诱导软骨基质蛋白COL-2和Aggrecan的合成。因此，我们通过将CS氧化成OCS(氧化硫酸软骨素)，再与GM中的氨基形成席夫碱键而交联形成GMOCS水凝胶，用于生长板损伤后ECM的补充。
图1 GMOCS-Exo水凝胶治疗生长板软骨损伤示意图此外，生长板在损伤后引起的炎症反应造成的ECM的大量降解也是影响软骨细胞再生的一个重要因素。另外，炎症反应是损伤后启动下游骨桥修复的始动环节，因此抑制过度的炎症反应不仅会减少ECM的大量降解而且可能减少不良的骨桥形成。外泌体（Exo）携带多种蛋白质、脂质和多种非编码RNA，尤其是micro-RNA，可通过控制受体细胞的活性发挥免疫调节作用。大量研究表明BMSCs(骨髓间充质干细胞)来源的外泌体具有良好的抗炎特性以及软骨保护能力。在此，研究者开发了一种可模拟细胞外基质的水凝胶，由GMOCS和BMSCs来源的外泌体组成，用于修复生长板损伤。体外RAW264.7细胞/水凝胶模型和Transwell共培养模型表明通过提供一个抗炎微环境，水凝胶可有效发挥抗炎作用，以及良好的促软骨修复的能力。此外，Micro-CT结果显示在大鼠股骨钻孔模型中，水凝胶的植入会减少损伤处骨桥的形成。HE和番红固绿染色表明水凝胶可以明显促进软骨细胞再生，甚至可以观察到在损伤部位处有新形成的生长板四层结构形成。此外，免疫组化结果进一步证明了水凝胶的抗炎以及促软骨形成作用。
图2 GMOCS-Exo水凝胶促进大鼠生长板软骨再生Exosome-loadedextracellular matrix-mimic hydrogel with anti-inflammatory propertyFacilitates/promotes growth plate injury repair. Bioact Mater, 2021Sep 16;10:145-158.外泌体资讯网 Bioactive Materials：外泌体负载的具有抗炎特性的模拟细胞外基质水凝胶促进生长板损伤修复
